Способ ремедиации загрязненных земель Российский патент 2019 года по МПК C05F11/02 C09K17/50 

Изобретение относится к области экологии, сельскому хозяйству и может быть использовано при производстве препаратов, восстанавливающих плодородие почв, удобрений, средств защиты растений, и иных препаратов, снижающих техногенное воздействие на природу и стимулирующих рост и развитие растений.

В результате химизации, механизации и мелиорации сельского хозяйства, а также глобального промышленного загрязнения окружающей среды, наблюдается повсеместная деградация почв. Поэтому возникла острая необходимость разработки и внедрения органических удобрений, восстанавливающих плодородие почв, оказывающих разностороннее положительное влияние на рост растений.

Известно, что гуминовые биологически активные вещества, оказывают многогранное влияние на плодородие почвы, на рост и развитие растений. В настоящее время известно много видов удобрений на основе гуминовых кислот.

Например, Известен способ получения препарата гуминовых кислот для почвообразования, (А.с. РФ №1213760). Препарат готовится из отходов угольной промышленности, инокулированных микроорганизмами с последующим культивированием водной суспензии в течение 10-15 суток до лизиса бактериальных культур. В течение приготовления препарата в водную суспензию вводят два раза фенол, который является источником органического углерода для жизнедеятельности микроорганизмов.

Однако фенол одновременно является бактерицидным веществом, приводящий к лизису микроорганизмов, т.е. препарат, не содержащий активной микрофлоры, становится менее активным. В указанном известном решении длительное приготовление препарата (10-15 суток), а также ограниченное содержание в препарате живых бактериальных клеток в виду их лизиса и добавления фенола в препарат в качестве источника углерода указывают на недостатки данного препарата.

Известен способ обработки почвы (WO/2018/087995 PCT/JP 2017/031016, от 17.05.2018 TAKENAKA CORPORATION IN ABA, Kaoru), где разлагающий микроорганизм для разложения загрязняющего вещества в подземной почве смешивают, нагревают до температуры выше температуры грунтовых вод и подают в подземную почву путем закачки в нагнетательные скважины.

Недостаток известного способа заключается в том, для активизации разложения загрязняющего вещества необходим процесс нагревания, что приводит к дополнительным энергозатратам.

Известен WO/2018/009330 Двухстадийное восстановление зернистого материала с органическими загрязняющими веществами

PCT/US 2017/037858, в котором Способы и системы предусмотрены для двухступенчатой обработки загрязненного материала в виде частиц (100), такого как почва, осадок и/или иловой шлам. Способы и системы используют процесс термической десорбции в сочетании с процессом сжигания с тлеющим разрядом. Загрязненный материал в виде частиц сначала подвергают термической десорбции при высоких температурах (например, более 150°С) с образованием нагретого загрязненного материала в виде частиц. Далее, процесс сжигания с тлеющим разрядом инициируют путем введения газа, поддерживающего горение. Комбинированный процесс может происходить в одних и тех же или различных обрабатывающих установках. Обработка материала в виде частиц способом термической десорбции до процесса сжигания с тлеющим разрядом повышает полноту и пропускную способность по сравнению с работой этих процессов отдельно.

Недостатком известных способов является то что, для активизации разложения загрязняющего вещества необходим процесс нагревания и сжигание что приводит к дополнительным энергозатратам и усложненному процессу обеззараживания почвы.

Известен способ RU 2529735, 30.01.2013, опубл. 27.09.2014 Бюл. №27, Изобретение относится к биотехнологии, в частности к микробиологическим способам очистки окружающей среды. Готовят смесь из жидких бактериальных культур, в качестве которых берут штаммы Pseudomonas fluorescens ВКГ RCAM00538 с титром 10^-13, КОА-4 Pseudomonas fluorescens ND-610 ВНИИСХМ с титром 10^-10, Azotobacter chroococcum АИН RCAM00539 с титром 10^-12 в соотношении соответственно 3:1,5:0,5-3:2:1. Осуществляют обработку отходов обогащения бурого угля путем добавления к ним полученной жидкой смеси штаммов с последующим перемешиванием и высушиванием приготовленной смеси в течение не менее 2,5 суток при комнатной температуре, при этом отходы обогащения бурого угля и предварительно подготовленную смесь штаммов берут соответственно в соотношении, мас. %: 40-50:50-60. Изобретение позволяет повысить в биопрепарате содержание гуминовых, карбоновых, аминокислот и полисахаридов при минимальных затратах и сроков его изготовления.

Однако, для получения сухого биопрепарата требуется значительное время - 4-5 часов и значительные затраты. К тому же сухой биопрепарат теряет свои свойства с течением времени и через год не пригоден к употреблению Сухой препарат не может служить инокулятом для последующего цикла его получения. Каждый раз нужно в течение 4-5 суток получать новый биопрепарат такого же состава.

Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ получения гуминово-минерального реагента (RU №2522616, от 05.10.2012, опубл. 20.07.2014 Бюл. №20), Изобретение относится к области экологии и природовосстановления, в частности к препаратам гуминовых веществ из природных органических субстратов, их получению и использованию для очистки загрязненных грунтов. Гуминово-минеральный реагент получают смешиванием гумифицированного органического сырья с раствором гидроксида щелочных или щелочно-земельных металлов с последующей экстракцией. Экстракцию гуминовых веществ проводят при 165-220°С и давлении 1,8-2,5 МПа с одновременной подачей воздуха с расходом не более 5 литров в минуту на 10 кг сырья в течение не более 3 часов. Полученный реагент содержит гуминовые кислоты и/или их соли, смесь минеральных компонентов, включающую оксид железа, оксид натрия, оксид магния, оксид алюминия, оксид кальция, и менее 1,5 мас. % примесей. Изобретение позволяет получить новый экологически и экономически эффективный гуминово-минерального реагент с высоким выходом из органических отходов, использование которого обеспечивает эффективную очистку загрязненных грунтов, и ускорить процессы рекультивации.

Способ использования гуминово-минерального реагента для очистки загрязненных грунтов, заключающийся в интенсивном рыхлении и внесении в подготовленный для очистки грунт сорбента и химмелиоранта, интенсивном поливе дождеванием и последующем посеве фитомелиорантов.

Однако в этом способе необходимо интенсивное рыхление зараженной почвы, а без дополнительного внесения микроорганизмов процесс восстановления почвенного биоценоза будет продолжительным. Нарушение концентрации гумино-минерального реагента при поливе водой, в связи с высоким РН, может привести к угнетению роста растений.

Задачей заявляемого изобретения является разработка технологии биологической ремедиации загрязненных почв, обеспечивающая наименьшие затраты на изготовление.

Техническим результатом предлагаемого способа является эффективность обработки и снижение степени деконтаминации от высокой степени загрязнения до уровня ПДК, сохранение почвенного биоценоза и восстановление плодородия почв, улучшение экологии в промышленных городах и восстановление нарушенных земель, возвращение их в сельскохозяйственный оборот.

Поставленная задача достигается тем, что в способе ремедиации загрязненных земель, заключающемся в поливе и внесении соответствующего вида биореагента на определенную глубину в подготовленный для очистки грунт, согласно изобретению, ремедиацию осуществляют в 2 этапа: на первом этапе на зараженном участке делают щелевидные или круглые отверстия до глубины 25 см, поливают водой, затем через 5-6 часов этот участок поливают полученным биореагентом в виде гумусосодержащей суспензии количестве до 400 гр. на кг. почвы, содержащей штаммы: Acinetobacter calcoaceticus ВКПМ В-4883, Pseudomonas denitrificans ВКПМ - В 4884,-Pseudomonas sp."longa", ВКПМ В-4885, Rhodococcus erythropolis, взятых в количестве (6-8)⋅10⁹, (3-4)⋅10⁹ (2-3)⋅10⁹, (1-2)⋅10⁹ клеток на 1 л раствора соответственно, при соотношении масс. %.4,8:2.4:1,7:1,0, затем зараженный участок земли поливают водой и на втором этапе через 8-10 дней, вносят половину первоначальной дозы концентрата гумусосодержащей суспензии, после внесения второй, уменьшенной дозы гумусосодержащей суспензии продолжают полив водой в течение 14-16 дней. Расстояние между щелевидными или круглыми отверстиями составляет 8-10 см.

Для достижения указанного технического результата в способе получения биопрепарата для очистки и восстановления плодородия почвогрунтов, загрязненных нефтепродуктами, на основе наполнителя и бактериальных культур, согласно изобретению, готовят смесь из жидких бактериальных культур, в качестве которых берут штаммы: Acinetotbacter calcoaceticus ВКПМ-4883. штамм, Pseudomonus denitrificans ВКПМ 4884, штамм, Pseudomonus sp."longa" ВКПМ-4885, штамм и, Rhodococcus erythropolis взятых в количестве (6-8)⋅10⁹, (3-4)⋅10⁹. (2-3)⋅10⁹. (1- 2)⋅10⁹ клеток на 1 литр раствора соответственно, при соотношении, в % 4,8:2.4:1,7:1,0. и окисленных бурых углей, предварительно отсеянных от частиц крупнее 5 мм. Питательная смесь для инокулирования ее микроорганизмами состоит из окисленного бурого угля и корректирующих добавок по азоту и фосфору. Указанные бактерии получены путем длительной адаптации ассоциации почвенных микроорганизмов, окисляющих углеродсодержащие субстраты.

Штамм Acinetobacter calcoaceticus выращивают в течение 2-х суток. при 28 С на

питательном агаре следующего состава: агар - 2%. пептон - 0.5%. ацетат натрия - 0.5%, дрожжевой гидролизат - 0. 5%. дист. вода - остальное. рН - 7.0

Штаммы Pseudomonus denitrificans и Pseudomonus sp."longa". выращивают в течение 2-х суток при температуре 28 град. на питательном агаре следующего состава: глюкоза - 1%, дрожжевой гидролизат - 0.5%, дикалия фосфат - 0,1%, диаммонийфосфат - 0,1%, сульфат магния - 0. 05%, хлористый кальций - 0. 01%, агар - 2%,. сернокислое железо и хлористый натрий - следы, остальное дистиллированная вода, рн - 7,0.

Штамм Rhodococcus erythropolis выращивают на сусле - агаре, МПА. на среде Раймонда, в течение 22 часов. температуре 28-32 град., рН - 6,8-7,2 Совместно штаммы обладают высокой ферметационной способностью разложения углеродсодержащих субстратов, в том числе и сажистых бурых углей.

С выращенных колоний микроорганизмов на питательном агаре проводят смыв дистиллированной водой сырой биомассы в сосуд для ферментации, предварительно определив количество клеток под микроскопом. Затем питательную смесь, состоящую из сажистых бурых углей с добавками, микро и макро-элементами в составе сажистых углей, иннокулируют смесью штаммов бактерий, в соотношении 4,8:2,4:1,7, : 1,0, при активнм перемешивании, в присутствии кислорода воздуха, добавлением воды и темп. 20-25 град., в течение 25-28 часов, до достижения в этой смеси количества штаммов тамм №10, Pseudomonus denitrificans ВКПМ 4884,, Pseudomonus sp."longa" ВКПМ-4885, и, Rhodococcus erythropolis, взятых в количестве (6-8) 10⁹, (3-4) 10⁹. (2-3) 10⁹. (1-2) 10⁹ клеток на 1 литр раствора соответственно, при соотношении, в масс % 4,8:2.4:1,7:1,0.

Ремедиацию зараженных земель проводят в два этапа:

На первом этапе, на зараженном участке делаются щелевидные или круглые отверстия до глубины 25 см зараженной почвы растворимыми солями фтора, превышающими ПДК в 1,5-5,0 и более раз, поливается водой, которая проникает через проделанные отверстия или щели по всему объему почву. Затем через 5-6 часов этот участок поливают биореагентом в количестве до 400 г на кг. почвы. При этом происходит взаимодействие растворимых солей фтора с гуминовыми кислотами в нерастворимые комплексы. Затем зараженный участок земли поливается водой. и через 8-10 дней исследуют зараженность грунта перед вторым этапом обеззараживания. Затем вносится половина первоначальной дозы концентрата гумусосодержащей суспензии, состоящая из штаммов:

Acinetotbacter calcoaceticus ВКПМ-4883, Pseudomonus denitrificans ВКПМ 4884,, Pseudomonus sp."longa" ВКПМ-4885, и, Rhodococcus erythropolis, взятых в количестве (6-8)⋅10⁹ (3-4)⋅10⁹, (1.5-2)⋅10⁹ (1-1.5)⋅10⁹, (0.5-1,5) 10⁹ клеток на 1 л раствора соответственно, при соотношении 4,8:2.4:1,7:1,0. Основная часть растворимых солей фтора взаимодействовала с водорастворимыми гуминовыми кислотами, количество которой уменьшилось на создание нерастворимых комплексов основного количества растворимых солей фтора и на связывание солей тяжелых металлов и др. загрязнителей, а так же часть растворимых гуминовых кислот будет просачиваться в нижележащие горизонты, не успевая связывать растворимые соли фтора.

После внесения второй, уменьшенной дозы гумусосодержащей суспензии продолжается постоянный полив водой, в течение 14-16 дней, до содержания в почве растворимых солей фтора до ПДК-10 мг/кг почвы и содержания солей фтора не более 10-15 мг на кг почвы.

Расстояние между щелевидными или круглыми отверстиями составляет 8-10 см.

Это обосновывается тем, что в зависимости от состава грунта проникновение биореагента различно и практические исследования показали, что оптимальным является 4-5 см по горизонтали.

Результаты и дозы внесения биореогента, сведены в таблицу

Изобретение относится к области экологии, сельскому хозяйству и может быть использовано при восстановлении плодородия почв. Способ ремедиации загрязненных земель предусматривает полив и внесение биореагента на глубину в подготовленный для очистки грунт. Ремедиацию осуществляют в 2 этапа: на первом этапе на зараженном участке делают щелевидные или круглые отверстия до глубины 25 см, поливают водой, затем через 5-6 часов этот участок поливают биореагентом в виде гумусосодержащей суспензии в количестве до 400 г на кг почвы, содержащей штаммы: Acinetobacter calcoaceticus ВКПМ В-4883, Pseudomonas denitrificans ВКПМ В-4884, Pseudomonas sp."longa" ВКПМ B-4885, Rhodococcus erythropolis, взятых в количестве (6-8)⋅10⁹, (3-4)⋅10⁹ (2-3)⋅10⁹, (1-2)⋅10⁹ клеток на 1 л раствора соответственно, при соотношении мас.%: 4,8:2.4:1,7:1,0. На втором этапе через 8-10 дней вносят половину первоначальной дозы концентрата гумусосодержащей суспензии. После внесения второй уменьшенной дозы гумусосодержащей суспензии продолжают полив водой в течение 14 дней. Расстояние между щелевидными или круглыми отверстиями составляет 8-10 см. Предлагаемый способ ремедиации загрязнённых земель обеспечивает эффективность обработки и снижение степени деконтаминации от высокой степени загрязнения до уровня ПДК, сохранение почвенного биоценоза и восстановление плодородия почв. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ ремедиации загрязненных земель, заключающийся в поливе и внесении соответствующего вида биореагента на глубину в подготовленный для очистки грунт, отличающийся тем, что ремедиацию осуществляют в 2 этапа: на первом этапе на зараженном участке делают щелевидные или круглые отверстия до глубины 25 см, поливают водой, затем через 5-6 часов этот участок поливают биореагентом в виде гумусосодержащей суспензии в количестве до 400 г на кг почвы, содержащей штаммы: Acinetobacter calcoaceticus ВКПМ В-4883, Pseudomonas denitrificans ВКПМ В-4884, Pseudomonas sp."longa" ВКПМ В-4885, Rhodococcus erythropolis, взятых в количестве (6-8)⋅10⁹, (3-4)⋅10⁹ (2-3)⋅10⁹, (1-2)⋅10⁹ клеток на 1 л раствора соответственно, при соотношении мас.%. 4,8 : 2.4 : 1,7 : 1,0, затем зараженный участок земли поливают водой и на втором этапе через 8-10 дней вносят половину первоначальной дозы концентрата гумусосодержащей суспензии, после внесения второй, уменьшенной, дозы гумусосодержащей суспензии продолжают полив водой в течение 14 дней.

2. Способ ремедиации по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между щелевидными или круглыми отверстиями составляет 8-10 см.